船舶自动舵知识共41页
第5章 船舶操纵设备2
它的偏舵角和偏航角的关系是：
式中：k1-比例系数； k2-微分系数； k3-积分系数。 特点：1）能加快给舵速度 2)能自动消除单侧偏航角 3)结构复杂，造价高 4)比较完善的自动舵 综上：比例系数k1根据船型、海况、装载情况调节。 微分系数k2根据船舶偏航惯性调节。 积分系数k3根据风流或螺旋桨不对称产生单侧干扰调节
第八节 操舵要领及注意事项
1.按舵角操舵 舵工在听到值班驾驶员下达舵角舵令后，应 立即复诵并迅速、准确地把舵轮转到所命令的舵 角上，及时报告。在值班驾驶员下达新的舵令前， 舵工不得任意更动舵的位置。 船舶在进出港、靠离泊及海上采取避让措施时通 常采用按舵角操舵的方法。
第八节 操舵要领及注意事项
第六节 自动舵
四、自动舵的使用操作程序 各种类型的自动舵都和罗经、舵机组合起来， 并且都具有自动、随动和手柄（应急）三种操舵方 式。下面以图5-34所示国产红旗-4型自动操舵仪为 例，说明自动舵的使用操作程序。
第六节 自动舵
图 5-34 红旗－4型操舵仪
1-选择开关（selector switch）； 2-分罗经调节孔（compass louver）； 3-灵敏度（sensitivity）； 4-压舵（meeting rudder）； 5-微分调节（differential coefficient controlling）； 6-分罗经（compass repeater）； 7-舵角指示器（helm indicator）； 8-灯光（lighting）； 9-航向改变（course changing）； 10-比例调节（proportional controlling）； 11-机组开关（unit switch）； 12-电源开关（power switch）； 13-应急舵控钮（jury rudder controlling）
舵桨设备讲课文档
第三节 舵的类型和结构
4）反应舵（reaction rudder）：又称迎流舵，它 以螺旋桨的轴线为界，舵叶的上下线型分别向左右 扭曲一些，使由螺旋桨射出的水流对舵没有冲击作 用，而离开舵时呈直线向后流去。结果舵居中时舵 的上下两部分具有舵压力，且具有向前的分力，助 船推进，即能从尾流中收回一部分旋转的动能增加 推力。 图 5-14 反应舵
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第二节 舵力转船力矩及极限舵角
根据流体力学中的机翼理论原理，当施右舵角 后（如图5-4所示），流过舵叶两面的水流速度发 生变化，左侧流速加快，右侧流速减慢，从而舵叶 两侧间产生垂直于舵叶的压力差，此时水流对舵叶 产生的摩擦阻力，与压力的合力即构成为舵力。
舵力的大小与舵角、舵叶面积、舵速和舵断面 积形状等因素有关。
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第三节 舵的类型和结构
图 5-16 组合舵
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第三节 舵的类型和结构
现阶段海运船舶上比较流行的舵为平衡悬挂 舵（balanced spade type rudder）、襟翼舵 （flap rudder）、航海舵（mariner rudder）和 鱼尾舵（fishtail rudder）。
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第三节 舵的类型和结构
6）组合舵（unit rudder）：也称希林舵或工字型 舵。在流线型舵叶的上下两端各安装一块制流板， 可减少舵叶两端的绕流损失，而进一步改善舵的流 体动力性能，特别适用于内河、运河和限制航道水 域船舶的小展舷比的舵型（舵高h与舵宽b的比值称 为展舷比）。其舵角可以在±75°范围内使用，在 低速时船舶的操纵性能较为优越，如采用双舵并异 步控制可提供向后的推力，无需倒车装置，如采用 首推器可与此种双舵配合可以实现船舶横向平移。
第十章船舶舵机电力拖动自动控制系统
第十章船舶舵机电力拖动自动控制系统舵机是改变船舶航向或维持船舶已设定航向的重要设备。
目前，船上广泛地应用电力拖动舵机及自动操舵装置（俗称自动舵装置），船上的舵机从驱动形式上可分为人力舵、电动舵、液压舵和电液驱动舵（俗称电—液舵）其应用最广泛的是电—液舵。
从控制形式上分为手动舵、随动舵、自动舵和自适应舵四种。
自动舵和自适应舵是用来自动保持船舶在给定航向上航行的自动控制装置，其实是一种航向自动控制系统，其被控制量是航向。
本章分别讲座手动舵、随动舵、自动舵和自适应舵的工作原理，以及操作知识。
第一节操舵系统一、手动操舵系统1. 手动操舵系统方块图近代船舶上都装有手动舵装置。
它是一个开环控制系统，系统的主要环节可用方框图表示，见图10-1-1。
它主要包括如下环节。
图10-1-1手动操舵系统方框图1）手柄：发出操舵信号的指令元件；2）放大器：用来放大指令信号供给执行机构。
目前多采用半导体放大器，电—液放大器，磁放大和电机放大器等；3）执行机构：用来推动舵转动装置。
一般用电动机或电动液压装置；4）转动装置：将执行机构的角位移传给舵；5）舵叶。
2. 手动操舵的特点手动操舵的特点是：手扳舵转，手放舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，；回舵左扳。
进行手动操舵，操舵人员必须经常观察罗径上航向指示及舵角指示器，再根据操舵要求扳动操舵手柄，发出操舵信号。
每转舵一次，扳动操舵手柄两次（一次发出信号使舵偏转，一次消除信号使舵停转）。
因此，这种操舵系统虽简单，但操舵人员劳动强度大。
二、随动操舵系统1. 随动操舵系统方框图随动操舵系统方框图如图10-1-2所示，它是由指令机构、比较机构、测量机构和调节对象等环节所组成。
以此实现被调量的自动调节作用。
其系统为闭环系统。
在系统中被调量是舵角，调节对象是舵。
从系统的方框图可以看出，当系统中的人发出一个操舵指令时，则手轮即转动，发出偏舵信号。
输出一个U i，其U i和U f进行比较后产生一个偏差信号e，偏差信号e经放大器环节放大后，发至执行机构，执行机构根据放大的偏差信号，决定调节对象的转动方向。
船舶自动舵的发展
船舶自动舵的发展0942813220 刘磊摘要：综述了航海自动舵的技术史和今后发展趋向以及就船舶操纵自动舵的工作原理和方法方面进行了综述。
关键词:自动舵技术发展过程自动舵发展趋向自动舵的原理自动舵的工作方法船舶借助螺旋桨的推力和舵力来改变或保持航速和航向，实现从某港出发按计划的航线到达预定的目的港。
由此可见，操舵系统是一个重要控制系统，其性能直接影响着船舶航行的操纵性、经济性和安全性。
自动操舵仪是总结了人的操舵规律而设计的装置，是用来控制船舶航向的设备，能使船舶在预定的航向上运行，它能克服使船舶偏离预定航向的各种干扰影响，使船舶自动地稳定在预定的航向上运行,是操纵船舶的关键设备。
系统的调节对象是船，被调节量是航向。
自动舵是一个闭环系统，它包括：航向给定环节；航向检测环节；给定航向与实际航向比较环节；航向偏差与舵角反馈比较环节；控制器；执行机构；舵；调节对象—船；舵角反馈机构等。
自1922年自动舵问世到今天, 代替人力操舵的自动舵的发展确实取得了长足的进展, 在相当程度上减少了人力, 节约了燃料, 降低了机械磨损, 但是距离真正意义上的操舵自动化还有相。
当大的距离。
本文在展望人工智能控制舵之前先对目前的自动舵进行简要的回顾，再对船舶操纵自动舵的构成和工作原理方面进行了综述。
一．自动舵的技术发展历史1.传统的自动舵1922年Minorsky和Sperry分别从数学角度和陀螺罗经在船舶上的运用角度各自发表了论文, 这两篇论文可以看作是对船舶自动舵作出了最早的贡献。
1923年,Minorsky设计的自动舵就装在新墨西哥的战舰上投人了试验。
早期自动舵以机械结构为基础,仅能对航向进行初步控制, 今天我们将这种控制方法称为“比例（P）控制”。
这是由于自动舵舵角的偏转大小是和船舶偏航角成比例的。
下面的公式可表示比例控制的规律：在实际工作中, 用陀螺罗经测出即时航向信号并与设定的航向进行比较, 然后将二者的差值输人到控制器中去, 由控制器输出并驱动舵轮伺服机构。
第5章 舵设备(船舶结构与设备课件)
1.舵叶（rudder stock）
舵杆是舵叶转动的轴，并用以承受和传递作用在舵叶上 的力及舵给予转舵装置的力。其下部与舵叶连接，上部与转 舵装置相连。 为了使舵在受损时不必拆开船体内的部分就能修理，把 舵杆分作上舵杆和下舵杆两段制造，然后用法兰接头连接。 上舵杆的顶端称舵头。舵头通过舵杆套筒伸至舵机室与 转舵装置相连接。上舵杆下端是法兰接头，与舵叶连接。 为了使万一法兰螺母脱落而螺栓不至滑落，安装时，螺 母应朝下，并用水泥包搪。
齿轮襟翼式舵
1-舵叶（rudder blade）； 2-位于舵杆筒内的舵杆（Rudder stock in rudder trunk）； 3-襟翼（flap）； 4-铰轴（hinge line）；
5-舵机（steering engine）；
6-舵机座（steering engine foundation）； 7-密封套与轴承（gland and bearing）； 8-舵顶（rudder dome）； 9-舵承（rudder carrier） 10-转动襟翼的传动装置（flap actuator）
6）倒车舵
（1）正车整流，加强正车舵效； （2）倒车舵效；
（3）侧移功能。
7）全向推进器
又称Z轴螺旋桨。能绕竖轴作360度旋转，用以推进和操 纵船舶的螺旋桨或导管推进器。主机输出功率通过一级伞齿 轮转动竖轴，再通过二级伞齿轮传递给推进器，形成一个Z字 形传动系统。另设有油压泵驱动蜗轮蜗杆，以驱使整个推器 装置作360°水平回转。Z形轴系与导流管螺旋桨全部安装在 一个圆筒体上，整个装置可吊出或安装在甲板开口处。转向 螺旋桨的单位马力推力大，操纵性能良好，装双全向推进器 的拖轮具有就地回转、平移、倒退等能力。后退推力与前进 推力基本相同，可以驾机合一遥控作业。导管前安装网罩可 保护螺旋桨。这种舵适用于港作拖轮等小型船舶。
2-2-5自动舵(精)
五、自动舵
3）反舵角调节（rate adjust）：又称微分 旋钮，在船舶偏航用舵克服使其向原航向回转 时，还必须再操一个反舵角来克服船舶回转时的 惯性。因此，使用反舵角调节可给出反舵角的 大小，以阻止船舶向另一侧的偏摆。大船、 重载、旋回惯性大时微分要调大；反之，要 调小。海况恶劣，微分作用要调小或调至0。 4）压舵调节：是用一固定信号使舵叶偏转 一个固定的角度，以抵消单侧偏航的作用。
五、自动舵
3. 使用自动操舵仪的注意事项 1）在大风浪航行时，为保护自动舵应改用 人工操舵； 2）在运输繁忙区域，如避让、改向、过转向 点，狭水道、渔区、复杂航道、靠离泊、能见度 不良及所有航行危险的情况应尽可能改为人工 操舵； 3）在上述情况下，应可能快地为驾驶员提供 一位合格的舵工，该舵工应随时接过操舵；
五、自动舵
4）自动舵与人工舵转换时应有负责的 值驾操作或在其监督下进行； 5）长期使用自动舵后及进入谨慎驾驶前 均应试验人工操舵，通常每一航行班次（每4 小时）至少应检查一次随动操舵装置是否正常； 6）随动操舵时各个自动舵调节旋纽不起 作用，但转入自动舵时应先将压舵旋纽和自动 改向旋纽调至零位。
五、自动舵
一般自动舵是目前在海船上最常见的自动 舵。它与人工操舵比较，其优点是：自动纠正偏 航角，减轻人员的劳动强度，航向精度高，提高 航速，减少燃料消耗，缩短航程。 一）自动舵的种类 1. 比例舵： 按船舶偏航角ф来操舵的自动舵。这种自动 舵采用比例控制系统，偏舵角α和偏航角ф成正 比关系，即：α=-k1ф式中：k1——比例系数— —负号表示偏舵的方向与偏航方向相反。比例系 数k1可以根据船舶类型、海况、装载情况加以选 择和调整；
五、自动舵
但它不能克服偏航角速度的影响，航向稳定 的过程较慢，航迹易成“S”形曲线，精度较差， 故新建船舶已不再采用。 2. 比例-微分舵 按船舶偏航角ф和偏航角速度dф/dt来操舵的 自动舵这种自动舵采用比例—微分控制系统，其 偏舵角α和偏航角ф之间的关系为：α=-（k1ф+ k2dф/dt）式中：k1——比例系数；k2——微分 系数。
自动舵工作原理
自动舵工作原理
自动舵是一种用于船舶、飞机、车辆等交通工具的设备，用于帮助控制航向或方向的稳定性。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 传感器检测：自动舵系统通过使用各种传感器来检测船舶、飞机或车辆的当前状态和环境条件。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计等，它们可以测量船体的倾斜角度、航向角度、速度和环境因素等。
2. 信息处理：传感器将收集到的数据传输给自动舵系统的中央处理器。
中央处理器根据输入的数据进行分析和计算，确定船舶、飞机或车辆当前的姿态和状态，然后生成相应的控制指令。
3. 控制执行：自动舵系统通过电动执行机构或液压控制系统，将计算得到的控制指令转化为实际的控制动作。
例如，对于船舶来说，自动舵可以通过舵机控制舵盘的转动角度，从而改变船舶的航向角度；对于飞机来说，自动舵可以通过控制副翼和方向舵的舵面来调整飞机的姿态和飞行方向。
4. 反馈控制：自动舵系统通常还具有反馈控制机制，以便及时对目标航向或方向进行修正。
通过不断地监测和调整船舶、飞机或车辆的状态和环境条件，自动舵系统可以保持目标航向或方向的稳定性。
总之，自动舵利用传感器检测船舶、飞机、车辆等交通工具的状态和环境信息，通过中央处理器进行数据处理和计算，然后
通过执行机构或控制系统实施相应的控制动作，以实现船舶、飞机、车辆的自动稳定航向或方向。
舵机
2020/4/25
主讲 赵伟
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在近代船舶上常装设侧推装置，以提高低速航行时的操
纵性能，侧推效果与航行速度有关。低速时，侧推效果 较好，可能产生的转船力矩MC=PT·L1在喷射水柱后侧产 生的低压区，效率损失不大。在高速时，侧推效果较差，
喷射水柱后侧产生的低压区将产生明显的效率损失。
当在船舶首尾装设侧推装置 时(分别称为首推器和尾推器)， 若两者向相反方向同时发出侧 推力，则可使船舶绕重心原地 转向。
可以有效地代替船舶舵 的功能，使船舶灵敏地 转向和倒航，具有良好 的操纵机动性能
目前已经被大量应用在 各种拖船，工程船舶和 各种特殊船舶上。
主讲 赵伟
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(二)对舵机的基本要求
1、满足船舶操纵性能要求
舵机应能保征足够大的转舵力矩，在任何航行条件 下，确保正常工作。在最大航速时，能够将舵转动 到最大舵角位置。
其它附件有舵角指示器，压力表，温度表等。
2020/4/25
主讲 赵伟
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主讲 赵伟
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(四)舵机的类型
按动力来源分，舵机有人力机械操纵舵机，手动液压舵机(动
力为人力，利用油液传递动力)、蒸汽舵机、电动舵机和电动液 压舵机(油泵机组将电动机电能转化为液压能，并依靠液压能进 行转舵，简称液压舵机)等五种。
曾在中，小型船舶上使用，转舵力矩一般不大于160kN·m。 中间采用蜗杆蜗轮减速传动机构。
2020/4/25
主讲 赵伟
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2020/4/25
主讲 赵伟
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电动机械式舵机
用一个大齿圈代替扇形 齿弧，使舵能够左右转 动更大的角度，用于主 动舵。
舵柱可左右转动90(即 2X 90)。电动机通过齿 轮传动两对蜗杆蜗轮， 并由两个对称的小齿轮 同时将转舵力矩传递到 与舵柱直接连接的大齿 圈上。传递力矩的机件 受力小均衡。
舵设备与操舵 自动舵3
第七节 舵设备的检查、保养与试验
2.定期检查
每3个月应对舵设备进行一次全面的检查和保养：
1)查看舵杆、舵叶各部分磨损及损坏情况，作好记录。舵杆(销) 一般在下舵承处(或舵销处)的轴颈应大于非工作部分的轴颈， 否则应进行修理或换新。工作轴颈表面允许存在少量分散的锈 蚀斑点，但深度不超过舵杆(销)直径的1％，舵杆非工作轴颈允 许减少量为原设计直径的7％。舵钮与舵钮，或舵叶与舵托平 面极限间隙一般为安装间隙的50％。 2)检查电操舵装臵的绝缘和触点情况，用不带毛头的细布揩拭清 洁。自动部分检查其灵敏度；液压舵机要查管路有否泄露及液 油质量。 3)检查转舵装臵电动机的运转及损耗情况，加以清洁，并作好记 录；液压式舵机要检查泄漏情况及油的质量，以及时修复并充 液。
第五节 自动舵（autopilot）
1.航迹舵基本原理 – 自动航行控制系统实际上是通过一台微处理器，将人 工输入的计划航线（各转向点的经纬度）与通过定位 传感器得到的实时船位等数据进行计算、比较分析和 处理，并得到一个可供自动舵执行的航向(也称指标 航向CS)。 – 在执行过程中，由于船舶受风流压的影响，船位还会 偏离计划航线，此时，航迹自动舵能给出一个新的指 标航向，因此，指标航向是一连串变化的，并均匀地 改变指标航向，从而，达到自动保持在航迹带内所需 航向和在转向点自动转向的目的。
第五节 自动舵（autopilot）
三、航迹舵（Navpilot）
又称自动驾驶仪，是以自动舵为基础，以计算机为核 心，并连接综合导航仪或船位接收机的一种自动航行 控制系统。 它通过人工向系统输入航路数据、位臵偏移量以及硬 件部分连接计程仪、陀螺罗经、定位仪，将这些信号 和数据通过微机软件进行计算、分析与处理，能使船 舶自动沿着计划航线航行，并能在预定的转向点自动 转向，从而实现船舶自动航行控制。 航迹自动舵输出的舵角主要与船舶偏离计划航向的偏 航角和偏航角速度有关，而航迹自动舵除了与此有关 外，还与船舶偏离计划航线的航迹误差有关。
船舶电动舵机
船舶电动舵机的传动装置有机械传动和液压传动两类。
大型远洋或近海客、货轮多数采用电动液压舵机。
其电气控制系统中都装有自动操舵仪，按照一定的要求对舵角的偏转进行自动控制。
对舵机拖动控制系统的技术要求有下列各项。
1．从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，在馈电线的全长上尽可能远离分开敷设。
在正常情况下若应急配电板由主配电板供电时，其中一路可以经应急配电板供电。
驾驶室内操舵装置应与舵机舱内使用同一电源。
2.为保证电动液压舵机系统可靠工作，油泵电动机组应采用双机系统。
各机组可各自单独运行，也可双机同时运行。
一机组发生故障时，另一机组应能自动投入运行。
3．舵机电动机应满足舵机技术性能的要求，并能在要求的转矩下堵转1min。
4．拖动系统的启动装置与电动机配套共有两套。
两启动箱分别启动一台电动机。
5．电动机的启动应能在驾驶室和舵机舱两地控制，并有转换装置,以防同时操纵。
6.操舵装置一般应有自动、随动、应急三种操舵方式，也可只有后两种。
7.在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时操舵，应能使舵自任何一舷35度转至另一舷不超过28度。
8.舵角指示器指示舵叶位置的误差不应大于正负1度。
9.要求有下列保护和报警装置。
1)舵叶偏转限位开关；2)电源失压报警；3)过载声光报警；4)采用自动操舵仪时，应设有航向超过允许偏差的自动报警装置。
舵机拖动控制系统的维护和保养1、开航前对舵机进行试验和校对对舵时应注意以下各项：1)检查操舵台上的控制开关、按钮、指示灯及失压、过载报警，声光信号等装置，是否完整有效；2）观察丙舷供电转换使用情况，并用应急电源在驾驶台和舵机室分别操试；3）观察两套机组的转换运行是否可靠；4)有各种操舵方式在各操作台进行操试。
检查应急舵操纵是否有效，并注意操舵器的机械动部件是否灵活可告；5)观察控制系统工作是否正常；6)检查操舵器、舵角指示器与舵叶实际位置的偏差。
正舵位置时，偏差为0度。
在大舵角下，偏差不大于2度。